數(shù)電課設四路搶答器的設計

1、數(shù)電課設四路搶答器的設計4 路搶答器的設計緒論 ：隨著經(jīng)濟水平的不斷提高，當今的社會競爭日益激烈，選拔人才，評選優(yōu) 勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，智力競賽是一種生動活潑的教育方式，人 們在物質(zhì)文明得到滿足的同時更注重精神文明的追求，各種節(jié)目不斷涌現(xiàn)，提 高節(jié)目的質(zhì)量尤為重要。本次設計是針對活動中用到的搶答器而設計的。搶答 器是為競賽參賽者答題時進行搶答而設計的一種優(yōu)先判決器電路，廣泛應用于 各種知識競賽、文娛活動等場合。通過搶答和必答兩種答題方式能引起參賽者 和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學知識和 生活常識?，F(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高

2、了搶答器的 成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經(jīng)濟實用的小型搶答 器必將大有市場本文設計的搶答器，電路簡單，成本較低，操作方便，靈敏可 靠，具有較高的推廣價值。搶答器在競賽中有很大用處 , 它能準確、公正、直觀地判斷出第 1 搶答者 通過搶答器的指示燈顯示手段指示出第 1 搶答者1 。本論文設計宗旨在培養(yǎng)學生 綜合模擬、數(shù)字電路知識，解決電子信息方面常見實際問題的能力，掌握一般 電子電路設計方法與設計步驟。促使學生積累實際電子制作經(jīng)驗，準備走向更 復雜更實用的應用領域。目的在于鞏固基礎、注重設計、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、 走向?qū)嵱谩９δ芎喗椋簠⒓痈傎愓邔χ鞒秩颂岢龅膯栴}要在短時間內(nèi)

3、作出判斷，并按 下?lián)尨鸢存I回答問題。 當?shù)谝粋€人按下按鍵后，同時電路將其他搶答按鍵封鎖， 使其不起作用。主持人有開時間和復位鍵，按下開時間后才能開始搶答，否者 犯規(guī)。搶答前主持人操作開關使搶答有效，顯示燈全熄滅。當四人中有人搶答 有效時，其對應的顯示燈亮，此時其余的開關不起作用，即其對應的顯示燈滅。數(shù)電課設四路搶答器的設計連接電路并進行操作，觀測搶答器的工作情況。數(shù)字電路產(chǎn)品在生活中有著極其廣泛的應用，包括計算機、數(shù)字通信、智 能儀器儀表、自動控制及航天等領域中。這些給人們帶來了生活，工作等方面 帶來了極大的方便。數(shù)字電路的發(fā)展，使得這門課程對于我們來說是很有必要 學好。數(shù)字電路設備實現(xiàn)簡單，

4、速度和可靠性好。在這次的數(shù)字電路制作中，本 人制作四路競賽搶答器。搶答器在比賽等場合中不可缺少的設備。一、 設計目的1.1 學習數(shù)字電路的優(yōu)先編碼器、鎖存器、多諧振蕩器、譯碼器、數(shù)據(jù)顯示管的綜合應用1.2 熟悉搶答器的工作原理1.3 了解數(shù)字系統(tǒng)設計，調(diào)試及故障排除方法。二、設計要求2.1 該搶答器同時供 4 名選手比賽；2.2 設置一個系統(tǒng)清零和搶答器控制開關，該開關由主持人控制；2.3 搶答器具有鎖存和顯示功能，即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在 LED 數(shù)碼管上顯示。三、電路的總體結構3.1 電路的總體原理框圖數(shù)電課設四路搶答器的設計圖1、設計原理框圖搶答電路選用觸發(fā)器74LS175來

5、完成。該電路主要完成兩個功能：一是 分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編 號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作 無效。3.2 Multisim軟件的簡單介紹Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。作為Win dows下運行的個人桌面電子設計工具，Multisim 是一個完整的集成化設 計環(huán)境。Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好地解決理論教學與實際 動手實驗相脫節(jié)的這一問題?？梢院芊奖愕匕褎倓倢W到的理論知識用計算機仿 真真實的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。它

6、具有直觀的圖形界面，豐富的元器件，強大的仿真能力，豐富的測試儀器，完 備的分析手段，獨特的射頻模塊，強大的MCU莫塊，完善的后處理，詳細的報告，兼容性好的信息轉(zhuǎn)換特點。所以NI Multisim 軟件電子學教學的首選軟件工具。四、電路的設計與元器件的原理4.1搶答電路的設計數(shù)電課設四路搶答器的設計設計電路如圖所示。電路選用觸發(fā)器74LS175成。該電路主要完成兩個功 能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電 路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其工作過程：開關S5打開時，74LS175輸出置0,使7觸發(fā)器工作標志端二0, 使之處于工作

7、狀態(tài)。當開關S5置于key=A時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有 選手將搶答按鍵按下時（如按下J4開關時），74LS175的輸出經(jīng)74ALS133M鎖 存后，CTR=1,RBO（圖中4端）=1,七段顯示電路 74LS175處于工作狀態(tài)， 4Q3Q2Q=100經(jīng)譯碼顯示為4”。此外，CTR=1，使74LS175觸發(fā)器工作標志 端（圖中5號端）=1，處于禁止狀態(tài)，圭寸鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即 按下時，74LS175的此時由于仍為CTR =1,使優(yōu)先編碼工作標志端（圖中 5 號端）=1，所以74LS175仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號， 保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人

8、將S6開關重新置地端然后再進行下一輪搶答。4.2 74LS175 芯片數(shù)電課設四路搶答器的設計74LS175是四D觸發(fā)器，是上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。D觸發(fā)器的狀態(tài)方程 為：Qni二D,引腳功能及邏輯符號如圖3所示，上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器的功能如 表1所示。D是數(shù)據(jù)輸入端，是觸發(fā)器狀態(tài)更新的依據(jù)， QQ與為兩個互補輸出端。通 常把Q 0, Q 1的狀態(tài)定為觸發(fā)器“ 0”狀態(tài)；而把Q 1，Q 0定為“1 ” 狀態(tài)。Wx PINI 陽Vcc 5 陽 D?內(nèi)花！ Qg CP 而両而而而而而IT訂 I 2I丨？丨丨4丨5 6 7 |丨£ 廉 / 島比 Di $GND圖3 74LS175四D觸發(fā)器引

9、腳排列及邏輯符號表1上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器的功能輸入輸出DQQLLHHHL4.3 74LS175 工作原理圖4 74LS175工作原理圖表2 74LS175 的真值表輸入輸出Sd'Rd'CPDQn 1Qn 101XX1010XX0100XX歲歲111101100111JXQnQn'4.4與門“與”運算是邏輯運算中的一種基本邏輯關系，它的邏輯描述是：當完成某一個事件的所有的條件都滿足時，結果才會發(fā)生。換句話說，只要所有的條件數(shù)電課設四路搶答器的設計中有一個不滿足，結果就不會發(fā)生。下面通過邏輯函數(shù)的方法對“與”關系進行分析。當有兩個條件時，設兩個條件為變量 A、B,結果為變量丫

10、則“與”關系可 以表示為Y=AB用1來表示“滿足”，用0來表示“不滿足”、結果的“發(fā)生”用1來表示，結 果的“不發(fā)生”用0來表示：當A=1時，根據(jù)“與”關系的描述，若B=0則丫=0;若B=1，則丫=1，說明 當A=1時丫的邏輯值與B的邏輯值是相同的21。當A=0時，無論B=0或B=1，根據(jù)“與”關系的描述，丫的邏輯值都是0, 說明當A=0時丫的邏輯值與B的邏輯值無關，恒等于022。將兩個條件的“與” 關系進行放大，當有多個條件變量時，只要其中有一個條件變量的值等于 0,無 論其它條件變量的邏輯取值是多少， 結果變量恒等于0【7】。在數(shù)字電路中，表示“與”關系的邏輯電路稱為與門，其中條件變量對應

11、與門的輸入端，結果變量 對應與門的輸出端根據(jù)上面的函數(shù)分析可以看出，在與門中只要有一個輸入端 的輸入信號為0（低電壓），該0信號就可以屏蔽掉其它輸入端的輸入信號，使得 輸出恒等于0（低電壓）【17】。利用與門的這種功能就可以實現(xiàn)智力競賽搶答電路的 屏蔽要求。五、實驗步驟5.1檢測與查閱器件用數(shù)字集成電路測試儀檢測所用的集成電路。通過查閱集成電路手冊，標 出圖中各集成電路輸入、輸出端的引腳編號。5.2連接電路運用Multisim 按圖2連接電路。5.3實驗過程 圖5.1、運行電路圖5.1圖5.2、手持人打開開關S5，然后在打開S6，萬用表顯示2.5V，此時搶答圖5.2圖5.3、開關Si打開，LE

12、D顯示為1,說明選手1首先搶答，電壓變?yōu)?V;VEC-圖5.3圖5.4、開關S2隨后打開，選手2在第二時間搶答，然后引文75ALS133鎖存使其他開關無效；H：圖5.4 6 a-riLllfMJ J-51-nitJ-174S.D4D圖5.5、主持人控制的S6斷開，LED自動清零，電壓返回2.5V ；圖5.6、主持人閉合開關S6，選手斷開3、S2、S3、S4進行下一輪的搶答;圖5.6圖5.7、搶答完畢，主持人斷開S5,實驗結束圖5.7六結論總結從該電路設計本身來說，由集成D觸發(fā)器74LS175組成的搶答電路，電路設 計較簡單，器件易采購。但需要外加 CP工作脈沖（由于本文的重點是搶答，電 路的設

13、計，因此沒有給出脈沖發(fā)生電路）。相比而言，其他類型的觸發(fā)器，比如 基本RS觸發(fā)器和JK觸發(fā)器，同樣可以用于搶答器電路的設計并且不需要外加 CP工作脈沖，但電路中使用的門器件較多，結構復雜。其次，從觸發(fā)器的應用 來說，只要電路設計中需要記憶單元，都可以用不同類型的觸發(fā)器來實現(xiàn)，比 如寄存器的設計，計數(shù)器的設計等等都需要觸發(fā)器的參與。觸發(fā)器應用的資料 有很多，讀者如有興趣可自行設計以加深對觸發(fā)器功能以及其應用的理解。七、收獲心得本次數(shù)字電子線路課程設計過程，我學到了很多東西，通過四路搶答器 的設計，不僅掌握了 74LS175的工作原理，全面了解到搶答器的特點。更是對 一學期以來所學的電子方面的知識

14、也重新學習和復習了一遍，也對自己在模擬 電子方面的能力有了更客觀的認識和評價。在這次設計過程中，從最基本的查原件，找資料做起，了解了完整的電子設計的一般步驟，也和同學們共同探討, 學到了很多課堂上學不到的東西，也遇到了各種各樣從沒有想到的問題，通過 請教老師，和同學交流，搜索資料等各種方面解決它們，可以說是為我們以后 再電子領域的發(fā)展做了一些有意的嘗試，同時也使我增加了對電子方面知識的 興趣，也從中發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足的地方，以后會多多改進。最后，在這里 也非常感謝指導老師，感謝你們的耐心指導，謝謝 !八、參考文獻1 周良權，方小喬編數(shù)字電子技術北京：高等教育出版社，19942 康華光電子技術基礎（數(shù)字部分）北京：高等教育出版社 20003 任為民數(shù)字電子電路學習和實驗指導北京：廣播電視大學出版社 19924 謝自美電子線路設計實驗測試（第二版）華中科技大學出版社，2000 侯大年數(shù)字電子技術北京：電子工業(yè)出版社,1999 歐陽星明數(shù)字邏輯武漢:華中科技大學出版社，20007 楊曉輝，張彤，姜俊海智能搶答器的設計與制作長春大學學報，2000,06（24-25）8 周南良數(shù)字邏輯長沙：國防科技大學出版社，19929 閻 石數(shù)字電子電路北京：